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Diffusion dans les gaz, liquides et solides. Savez-vous comment se produit la diffusion dans les liquides ?

BRICOLAGE

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La vitesse de diffusion vers le site de cristallisation, et donc la croissance des cristaux, dépend largement de la viscosité du milieu et augmente avec la diminution de la viscosité.  

Le taux de diffusion augmente avec l'augmentation de la température.  

Schéma des mécanismes de diffusion.  

Le taux de diffusion est déterminé par la quantité de substance m diffusant à travers une unité de surface de l'interface par unité de temps. La quantité de substance diffusante (par unité de temps) m dépend du gradient de concentration dC/dx de l'élément dans la direction normale à l'interface et est proportionnelle au coefficient de diffusion D : t - D (dC/dx), où dC est la concentration ; dx - distance dans la direction sélectionnée.  

Le taux de diffusion est considérablement réduit si le métal est légèrement oxydé. Le palladium et certains autres métaux sont particulièrement détruits par un traitement thermique préalable. Hem a constaté que le taux de diffusion du nouveau palladium passif chute à un cinquantième de sa valeur d'origine après plusieurs heures de chauffage à 1 000 °C. La perméabilité est restaurée par chauffage à 500 °C dans l'oxygène, et un film d'oxygène se forme, puis restauré par traitement avec l'hydrogène à 150 C. Le chauffage dans l'azote augmente la perméabilité du palladium. Bauklo et Kaiser [5a] ont découvert que le taux de diffusion de l'hydrogène à travers le nickel reste constant jusqu'à 850 °C et diminue progressivement à des températures plus élevées. Après six heures à 1060 C, la vitesse diminue de 30 % par rapport à la valeur initiale.  

Le taux de diffusion dépend également du traitement thermique préalable du métal à travers lequel se produit la diffusion. Si une préparation de palladium fraîchement préparée, dégazée, donne une certaine vitesse de diffusion à 300 et 760 mm de pression, alors une autre préparation de palladium peut nécessiter un chauffage à, par exemple, 600 à 760 mm de pression pour donner la même vitesse de diffusion. Si le fer était en contact avec de l'azote, le taux de diffusion de l'hydrogène peut être 10 à 15 fois plus élevé, mais les courbes de diffusion coïncident avec leur position précédente lorsqu'elles sont chauffées à des températures plus élevées.  

Les vitesses de diffusion jouent également un rôle déterminant dans les réactions entre le polymère et les réactifs dont les molécules sont petites. Si, par exemple, le taux de diffusion de l’oxygène dans le caoutchouc n’est pas suffisamment rapide pour maintenir une concentration constante dans l’échantillon de polymère, alors la diffusion devient un processus déterminant le taux et toutes les tentatives de mesures cinétiques quantitatives échoueront. Les mêmes effets sont possibles dans des réactions d'hydrolyse hétérogènes.  

Le taux de diffusion est proportionnel à la concentration totale de la solution et augmente considérablement avec l'augmentation de la température. À son tour, l’accélération de la diffusion entraîne une accélération de l’électrolyse. Ainsi, par exemple, lors d'une électrolyse sous agitation, 2 g d'étain sont libérés d'une solution froide de SnQ4 avec un courant de 1 5 - 1 7 A en 70 minutes, et d'une solution chaude en seulement 30 minutes.  


Le taux de diffusion devrait apparemment diminuer à mesure que le diamètre des pores diminue, et la relation fonctionnelle exacte entre ces quantités sera déterminée par le type de diffusion à l'intérieur des pores. Considérons le cas d'un catalyseur contenant des particules de palladium métallique si petites qu'elles sont réparties sur la surface du charbon actif avec la même densité, quel que soit le diamètre des pores.  

Le taux de diffusion et d'évaporation dans un écoulement turbulent est déterminé par des caractéristiques telles que l'intensité et l'ampleur de la turbulence.  

Le taux de diffusion est déterminé par la différence de concentrations, de température et de viscosité du milieu.  

Le texte de l'ouvrage est affiché sans images ni formules.
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Introduction

Jeux de diffusion rôle énorme dans la nature, dans la vie humaine et dans la technologie. Les processus de diffusion peuvent avoir des effets à la fois positifs et influence négative sur l'activité vitale des humains et des animaux. Exemple impact positif est de maintenir une composition uniforme air atmosphérique près de la surface de la Terre. La diffusion joue un rôle important dans divers domaines de la science et de la technologie, dans les processus se produisant dans le monde vivant et nature inanimée. Cela influence le déroulement des réactions chimiques.

Avec la participation de la diffusion ou lorsque ce processus est perturbé et modifié, des phénomènes négatifs dans la nature et la vie humaine peuvent se produire, tels qu'une pollution massive de l'environnement par les produits du progrès technique humain.

Pertinence: La diffusion prouve que les corps sont composés de molécules en mouvement aléatoire ; la diffusion a grande valeur dans la vie humaine, les animaux et les plantes, ainsi que dans la technologie.

Cible:

    prouver que la diffusion dépend de la température ;

    considérer des exemples de diffusion dans des expériences à domicile ;

    assurez-vous que la diffusion se produit différemment dans différentes substances.

    Considérons la diffusion thermique des substances.

Objectifs de recherche :

    Étudier la littérature scientifique sur le thème « Diffusion ».

    Prouver la dépendance du taux de diffusion sur le type de substance et la température.

    Étudier l'influence du phénomène de diffusion sur l'environnement et l'homme.

    Décrire et concevoir le plus expériences intéressantes par diffusion.

Méthodes de recherche :

    Analyse de la littérature et du matériel Internet.

    Réaliser des expériences pour étudier la dépendance de la diffusion sur le type de substance et la température.

    Analyse des résultats.

Sujet de recherche : le phénomène de diffusion, la dépendance du cours de la diffusion à divers facteurs, la manifestation de la diffusion dans la nature, la technologie et la vie quotidienne.

Hypothèse: La diffusion est d'une grande importance pour l'homme et la nature.

1.Partie théorique

1.1.Qu'est-ce que la diffusion

La diffusion est le mélange spontané de substances en contact, résultant du mouvement chaotique (désordonné) des molécules.

Autre définition : la diffusion ( lat. diffusion- propagation, propagation, dissipation) - le processus de transfert de matière ou d'énergie d'une zone de​​forte concentration vers une zone de​​faible concentration.

L'exemple le plus célèbre de diffusion est le mélange de gaz ou de liquides (si de l'encre tombe dans l'eau, le liquide deviendra uniformément coloré après un certain temps).

La diffusion se produit dans les liquides solides et les gaz. La diffusion se produit plus rapidement dans les gaz, plus lentement dans les liquides et encore plus lentement dans les solides, en raison de la nature du mouvement thermique des particules dans ces milieux. La trajectoire de chaque particule de gaz est une ligne brisée, car Lors de collisions, les particules changent la direction et la vitesse de leur mouvement. Pendant des siècles, les ouvriers ont soudé des métaux et produit de l'acier en chauffant du fer solide dans une atmosphère de carbone, sans avoir la moindre idée des processus de diffusion en cours. Seulement en 1896 a commencé à étudier le problème.

La diffusion des molécules est très lente. Par exemple, si un morceau de sucre est placé au fond d’un verre d’eau et que l’eau n’est pas agitée, il faudra plusieurs semaines avant que la solution devienne homogène.

1.2. Le rôle de la diffusion dans la nature

Grâce à la diffusion, diverses substances gazeuses se propagent dans l'air : par exemple, la fumée d'un incendie se propage sur de longues distances. Si vous regardez les cheminées des entreprises et les pots d’échappement des voitures, vous pouvez souvent voir de la fumée près des tuyaux. Et puis il disparaît quelque part. La fumée se dissout dans l'air par diffusion. Si la fumée est dense, son panache s’étend assez loin.

Le résultat de la diffusion peut être une égalisation de la température dans la pièce lors de la ventilation. C'est ainsi que se produit la pollution de l'air produits nocifs fabrication industrielle et les gaz d'échappement des véhicules. Naturel gaz inflammable, que nous utilisons à la maison, n’a ni couleur ni odeur. S'il y a une fuite, il est impossible de la remarquer, c'est pourquoi dans les stations de distribution, le gaz est mélangé à une substance spéciale qui dégage une odeur piquante et désagréable, facilement perceptible par l'homme, même à une très faible concentration. Cette précaution permet de constater rapidement l'accumulation de gaz dans la pièce en cas de fuite (Figure 1).

Grâce au phénomène de diffusion, la couche inférieure de l'atmosphère - la troposphère - est constituée d'un mélange de gaz : azote, oxygène, dioxyde de carbone et vapeur d'eau. En l'absence de diffusion, la stratification se produirait sous l'influence de la gravité : en dessous se trouverait une couche de dioxyde de carbone lourd, au-dessus - de l'oxygène, au-dessus - de l'azote, gaz inertes(Figure 2).

On observe également ce phénomène dans le ciel. Les nuages ​​​​qui se dispersent sont aussi un exemple de diffusion, et comme le dit avec précision F. Tioutchev : « Les nuages ​​​​fondent dans le ciel… » (Figure 3)

Le principe de diffusion repose sur le mélange d’eau douce et d’eau salée lorsque les rivières se jettent dans les mers. Diffusion de solutions divers sels dans le sol contribue à la nutrition normale des plantes.

La diffusion joue un rôle important dans la vie des plantes et des animaux. Les fourmis marquent leur chemin avec des gouttelettes de liquide odorant et trouvent le chemin du retour (Figure 4)

Grâce à la diffusion, les insectes trouvent leur nourriture. Les papillons, flottant entre les plantes, trouvent toujours leur chemin vers une belle fleur. Les abeilles, ayant découvert un objet sucré, l'attaquent avec leur essaim. Et la plante grandit et fleurit pour eux aussi, grâce à la diffusion. Après tout, nous disons que la plante respire et expire de l’air, boit de l’eau et reçoit divers micro-additifs du sol.

Les carnivores trouvent également leurs victimes par diffusion. Les requins peuvent sentir le sang à plusieurs kilomètres de distance, tout comme les poissons piranhas (Figure 5).

Les processus de diffusion jouent un rôle majeur dans l’approvisionnement en oxygène des réservoirs naturels et des aquariums. L'oxygène atteint les couches d'eau plus profondes des eaux stagnantes grâce à la diffusion à travers leur surface libre. Par exemple, des feuilles ou des lentilles d'eau recouvrant la surface de l'eau peuvent bloquer complètement l'accès de l'oxygène à l'eau et entraîner la mort de ses habitants. Pour la même raison, les récipients à col étroit ne conviennent pas à une utilisation comme aquarium (Fig. 6).

On a déjà noté qu'il existe de nombreux points communs dans la signification du phénomène de diffusion pour la vie des plantes et des animaux. Tout d'abord, il convient de noter le rôle de l'échange diffusif à travers la surface des plantes dans l'exercice de la fonction respiratoire. Pour les arbres, par exemple, il y a un développement particulièrement important de la surface (couronne des feuilles), car l'échange de diffusion à travers la surface des feuilles remplit la fonction de respiration. K.A. Timiryazev a déclaré : « Que l'on parle de la nutrition de la racine grâce aux substances présentes dans le sol, que l'on parle de la nutrition aérienne des feuilles due à l'atmosphère ou de la nutrition d'un organe aux dépens d'un autre organe voisin. - partout on aura recours aux mêmes raisons d'explication : la diffusion" (Figure 7).

Grâce à la diffusion, l'oxygène des poumons pénètre dans le sang humain et du sang dans les tissus.

Dans la littérature scientifique, j'ai étudié le processus de diffusion unidirectionnelle - l'osmose, c'est-à-dire diffusion de substances à travers membranes semi-perméables. Le processus d'osmose diffère de la diffusion libre en ce qu'à la frontière de deux liquides en contact, il y a un obstacle sous la forme d'une cloison (membrane), qui n'est perméable qu'au solvant et pas du tout perméable aux molécules de la substance dissoute ( Fig.8).

Les solutions de sol contiennent des sels minéraux et composés organiques. L'eau du sol pénètre dans la plante par osmose à travers les membranes semi-perméables des poils absorbants. La concentration d'eau dans le sol est plus élevée qu'à l'intérieur des poils racinaires, de sorte que l'eau pénètre dans le grain et donne vie à la plante.

1.3. Le rôle de la diffusion dans la vie quotidienne et la technologie

La diffusion est utilisée dans de nombreux processus technologiques: salage, obtention du sucre (les copeaux de betterave sucrière sont lavés à l'eau, les molécules de sucre se diffusent des copeaux dans la solution), fabrication de confiture, teinture des tissus, lavage des objets, cimentation, soudage et brasage des métaux, y compris le soudage par diffusion sous vide (métaux qui sont par ailleurs des méthodes non combinables - acier avec fonte, argent avec acier inoxydable, etc.) et métallisation par diffusion des produits (saturation de la surface des produits sidérurgiques en aluminium, chrome, silicium), nitruration - saturation de la surface de l'acier en azote ( l'acier devient dur, résistant à l'usure), carburation - saturation des produits sidérurgiques en carbone, cyanuration - saturation de la surface de l'acier en carbone et azote.

La propagation des odeurs dans l’air est l’exemple le plus courant de diffusion dans les gaz. Pourquoi l'odeur ne se propage-t-elle pas instantanément, mais après un certain temps ? Le fait est qu'en se déplaçant dans une certaine direction, les molécules d'une substance odorante entrent en collision avec les molécules d'air. La trajectoire de chaque particule de gaz est une ligne brisée, car Lors de collisions, les particules changent la direction et la vitesse de leur mouvement.

2. Partie pratique

Combien de choses étonnantes et intéressantes se produisent autour de nous ! Je veux en savoir beaucoup, essayer de l'expliquer moi-même. C'est pour cette raison que j'ai décidé de mener une série d'expériences au cours desquelles j'ai essayé de savoir si la théorie de la diffusion est réellement valable et si elle est confirmée dans la pratique. Toute théorie ne peut être considérée comme fiable que si elle est confirmée expérimentalement à plusieurs reprises.

Expérience n°1 Observation du phénomène de diffusion dans les liquides

Cible: étude de la diffusion dans un liquide. Observer la dissolution des morceaux de permanganate de potassium dans l'eau à température constante (à t = 20°C)

Appareils et matériaux: verre d'eau, thermomètre, permanganate de potassium.

J'ai pris un morceau de permanganate de potassium et deux verres de eau propreà une température de 20 °C. Elle a mis des morceaux de permanganate de potassium dans des verres et a commencé à observer ce qui se passait. Au bout d'1 minute, l'eau dans les verres commence à se colorer.

L'eau est un bon solvant. Sous l'influence des molécules d'eau, les liaisons entre les molécules des substances solides du permanganate de potassium sont détruites.

Dans le premier verre, je n'ai pas remué la solution, mais dans le second je l'ai fait. En remuant l'eau (en secouant), je me suis assuré que le processus de diffusion se produisait beaucoup plus rapidement (2 minutes)

La couleur de l'eau du premier verre devient plus intense au fil du temps. Les molécules d'eau pénètrent entre les molécules de permanganate de potassium, brisant les forces d'attraction. Simultanément aux forces d'attraction entre les molécules, des forces répulsives commencent à agir et, par conséquent, le réseau cristallin de la substance solide est détruit. Le processus de dissolution du permanganate de potassium est terminé. L'expérience a duré 3 heures et 15 minutes. L'eau est devenue complètement cramoisie (Figure 9-12).

On peut conclure que le phénomène de diffusion dans un liquide est un processus à long terme aboutissant à la dissolution des solides.

Je voulais savoir de quoi dépend la vitesse de diffusion.

Expérience n°2 Etude de la dépendance du taux de diffusion à la température

Cible:étudier comment la température de l’eau affecte le taux de diffusion.

Appareils et matériels : thermomètres - 1 pièce, chronomètre - 1 pièce, verres - 4 pièces, thé, permanganate de potassium.

(expérience de préparation du thé à une température initiale de 20°C et à une température de 100°C dans deux verres).

Nous avons pris deux verres d'eau à t=20 °C et t=100 °C. Les figures montrent le déroulement de l'expérience à travers certaine heure depuis le début : au début de l'expérience - Fig. 1, après 30 s. - Fig. 2, après 1 minute. - Fig. 3, après 2 minutes. - Fig.4, après 5 minutes. - riz 5, au bout de 15 minutes. - Fig.6. De cette expérience, nous pouvons conclure que le taux de diffusion est affecté par la température : température plus élevée, plus le taux de diffusion est élevé (Figure 13-17).

J'ai obtenu les mêmes résultats en prenant 2 verres d'eau au lieu du thé. L’un d’eux contenait de l’eau à température ambiante, le second de l’eau bouillante.

Je mets la même quantité de permanganate de potassium dans chaque verre. Dans le verre où la température de l'eau était plus élevée, le processus de diffusion s'est déroulé beaucoup plus rapidement (Fig. 18-23.)

Par conséquent, le taux de diffusion dépend de la température : plus la température est élevée, plus la diffusion est intense.

Expérience n°3 Observation de la diffusion à l'aide de réactifs chimiques

Cible: Observer le phénomène de diffusion à distance.

Équipement: coton, ammoniaque, phénolphtaléine, tube à essai.

Description de l'expérience : Versez de l'ammoniaque dans le tube à essai. Humidifiez un morceau de coton avec de la phénolphtaléine et placez-le sur le tube à essai. Au bout d'un certain temps, on observe la coloration de la toison (Fig. 24-26).

L'ammoniac s'évapore ; des molécules d'ammoniaque ont pénétré dans le coton imbibé de phénolphtaléine et celui-ci s'est coloré, bien que le coton n'ait pas été mis en contact avec l'alcool. Les molécules d’alcool se mélangent aux molécules d’air et atteignent le coton. Cette expérience démontre le phénomène de diffusion à distance.

Expérience n°4. Observation du phénomène de diffusion dans les gaz

Cible:étude de l'évolution de la diffusion des gaz dans l'air en fonction de l'évolution de la température ambiante.

Appareils et matériaux: chronomètre, parfum, thermomètre

Description de l'expérience et des résultats obtenus: J'ai étudié le temps de propagation de l'odeur de parfum dans un bureau V = 120 m 3 à une température t = +20 0. Le temps a été enregistré depuis le début de la propagation de l'odeur dans la pièce jusqu'à l'obtention d'une sensibilité évidente chez des personnes se tenant à une distance de 10 m de l'objet étudié (parfum). (Figures 27-29)

Expérience n°5 Dissoudre des morceaux de gouache dans de l'eau à température constante

Cible:

Appareils et matériels : trois verres, eau, gouache de trois couleurs.

Description de l'expérience et des résultats obtenus :

Ils ont pris trois verres remplis d'eau t = 25 0 C et ont jeté des morceaux de gouache identiques dans les verres.

Nous commençons à observer la dissolution de la gouache.

Les photos ont été prises après 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes, la dissolution s'est terminée après 4 heures 19 minutes (Figure 30-34).

Expérience n°6 Observation du phénomène de diffusion dans les solides

Cible: observation de la diffusion dans les solides.

Appareils et matériels : pomme, pommes de terre, carottes, solution verte, pipette.

Description de l'expérience et des résultats obtenus :

Coupez la pomme, les carottes et les pommes de terre en deux.

Nous observons comment la tache se propage sur la surface

Nous coupons au point de contact avec le vert brillant pour voir à quelle profondeur il a pénétré à l'intérieur (Fig. 35-37).

Comment mener une expérience pour confirmer l'hypothèse de la possibilité de diffusion dans les solides ? Est-il possible de mélanger des substances dans un tel état d’agrégation ? La réponse est très probablement « Oui ». Mais il est pratique d’observer la diffusion dans des solides (très visqueux) à l’aide de gels épais. Il s'agit d'une solution dense de gélatine. Il peut être préparé comme suit : dissoudre 4 à 5 g de gélatine comestible sèche dans eau froide. La gélatine doit d'abord gonfler pendant plusieurs heures, puis elle est complètement dissoute en remuant dans 100 ml d'eau, descendue dans un récipient avec eau chaude. Après refroidissement, une solution de gélatine à 4-5% est obtenue.

Expérience n°7 Observation de la diffusion à l'aide de gels épais

Cible: Observation du phénomène de diffusion dans les solides (à l'aide d'une solution épaisse de gélatine).

Équipement: Solution de gélatine à 4 %, tube à essai, petit cristal de permanganate de potassium, pince à épiler.

Description et résultat de l'expérience : Placez la solution de gélatine dans un tube à essai ; insérez rapidement un cristal de permanganate de potassium au centre du tube à essai avec une pince à épiler en un seul mouvement.

Cristal de permanganate de potassium au début de l'expérience

Localisation du cristal dans un flacon contenant une solution de gélatine après 1,5 heures

En quelques minutes, une boule de couleur violette commencera à se développer autour du cristal et, avec le temps, elle deviendra de plus en plus grosse. Cela signifie que la substance cristalline se propage dans toutes les directions à la même vitesse (Figure 38-39).

Dans les solides, la diffusion se produit, mais beaucoup plus lentement que dans les liquides et les gaz.

Expérience n°8 Différence de température dans un liquide - diffusion thermique

Cible: Observation du phénomène de diffusion thermique.

Équipement: 4 récipients en verre identiques, 2 couleurs de peinture, eau chaude et froide, 2 cartes en plastique.

Description et résultat de l'expérience :

1. Ajoutez un peu de peinture rouge dans les récipients 1 et 2, de la peinture bleue dans les récipients 3 et 4.

2. Versez de l'eau chaude dans les récipients 1 et 2.

3. Versez de l'eau froide dans les récipients 3 et 4.

4. Couvrir le récipient 1 carte en plastique, retournez-le et placez-le sur le récipient 4.

5. Couvrez le récipient 3 avec une carte en plastique, retournez-le et placez-le sur le récipient 2.

6. Retirez les deux cartes.

Cette expérience démontre l'effet de la diffusion thermique. Dans le premier cas, l’eau chaude apparaît au-dessus de l’eau froide et la diffusion ne se produit que lorsque les températures sont égales. Et dans le second cas, au contraire, il fait chaud en bas et froid en haut. Et dans le deuxième cas, les molécules eau chaude commencent à s'efforcer vers le haut et les molécules froides commencent à s'efforcer vers le bas (Figure 41-44).

Conclusion

Au cours de ces travaux de recherche, on peut conclure que la diffusion joue un rôle énorme dans la vie des humains et des animaux.

De ces travaux de recherche, on peut conclure que la durée de diffusion dépend de la température : plus la température est élevée, plus la diffusion est rapide.

J'ai étudié le phénomène de diffusion en prenant comme exemple diverses substances.

Le débit dépend du type de substance : il s'écoule plus rapidement dans les gaz que dans les liquides ; dans les solides, la diffusion se déroule beaucoup plus lentement. Cette affirmation peut s'expliquer comme suit : les molécules de gaz sont libres, situées à plusieurs distances. plus de tailles les molécules se déplacent avec vitesses élevées. Les molécules des liquides sont disposées de manière aussi aléatoire que dans les gaz, mais beaucoup plus denses. Chaque molécule, entourée de molécules voisines, se déplace lentement à l'intérieur du liquide. Les molécules de solides vibrent autour d'une position d'équilibre.

Il y a une diffusion thermique.

Liste de la littérature utilisée

    Gendenstein, L.E. Physique. 7e année. Partie 1 / L.E. Gendenshtein, A.B., Kaidalov. - M : Mnémosyne, 2009.-255 p. ;

    Kirillova, I.G. Livre de lecture de physique pour les élèves de 7e année lycée/ I.G. Kirillova.-M., 1986.-207 p.;

    Olgin, O. Expériences sans explosions / O. Olgin - M. : Khimik, 1986.-192 pp. ;

    Perychkine, A.V. Manuel de physique, 7e année / A.V. Perychkine.- M., 2010.-189 p.;

    Razumovsky, V.G. Problèmes créatifs en physique / V.G. Razumovsky.- M., 1966.-159 p.;

    Ryjekov, A.P. Physique. Humain. Environnement: Supplément au manuel de physique pour la 7e année établissements d'enseignement/A.P. Ryjekov.- M., 1996.- 120 p.;

    Chuyanov, V.A. Dictionnaire encyclopédique jeune physicien / V.A. Chuyanov.- M., 1984.- 352 p.;

    Shablovsky, V. Physique divertissante / V. Shablovsky. S.-P., Trigon, 1997.-416 p.

Application

chiffre 1

chiffre 2

chiffre 3

chiffre 4

Figure 5

Figure 6

chiffre 7

Les particules de solvant (bleues) sont capables de traverser la membrane,

les particules de soluté (rouges) ne le sont pas.

chiffre 8

chiffre 9

chiffre 10

Figure 11

chiffre 12

Figure 13

figure 14

chiffre 15

Figure 16

Figure 17

chiffre 18

chiffre 19

chiffre 20

chiffre 21

chiffre 22

chiffre 23

chiffre 24

chiffre 25

chiffre 26

chiffre 27

chiffre 28

chiffre 29

chiffre 30

chiffre 31

chiffre 32

chiffre 33

figure 34

chiffre 35

chiffre 36

La diffusion est traduite du latin par distribution ou interaction. La diffusion est un concept très important en physique. L'essence de la diffusion est la pénétration de certaines molécules d'une substance dans d'autres. Pendant le processus de mélange, les concentrations des deux substances s’égalisent en fonction du volume qu’elles occupent. Une substance se déplace d'un endroit avec une concentration plus élevée vers un endroit avec une concentration plus faible, de ce fait les concentrations s'égalisent.

Ainsi, le phénomène dans lequel se produit la pénétration mutuelle des molécules d'une substance entre les molécules d'une autre est appelé diffusion.

Après avoir examiné ce qu'est la diffusion, nous devons passer aux conditions qui peuvent affecter le taux d'apparition de ce phénomène.

Facteurs affectant le taux de diffusion

Pour comprendre de quoi dépend la diffusion, considérons les facteurs qui l'influencent.

La diffusion dépend de la température. Le taux de diffusion augmentera avec l'augmentation de la température, car à mesure que la température augmente, la vitesse de déplacement des molécules augmentera, c'est-à-dire que les molécules se mélangeront plus rapidement. (Vous savez tous que le sucre met beaucoup de temps à se dissoudre dans l'eau froide)

Et en ajoutant influence externe(une personne mélange du sucre dans de l'eau) la diffusion se fera plus rapidement. État de la matière affectera également ce dont dépend la diffusion, à savoir le taux de diffusion. La diffusion thermique dépend du type de molécules. Par exemple, si un objet est en métal, la diffusion thermique se produit plus rapidement, contrairement à si l’objet était constitué d’un matériau synthétique. La diffusion entre les matériaux solides se produit très lentement.

La vitesse de diffusion dépend donc de : la température, la concentration, influences extérieures, état d'agrégation substances

La diffusion est d'une grande importance dans la nature et dans la vie humaine.

Exemples de diffusion

Pour mieux comprendre ce qu'est la diffusion, regardons-la avec des exemples. Donnons ensemble des exemples du processus de diffusion dans les gaz. Les variantes de manifestation de ce phénomène peuvent être les suivantes :

Répandre le parfum des fleurs ;

Répandre l'odeur du poulet grillé, que le chiot Antoshka aime tant ;

Larmes en coupant des oignons ;

Un sillage de parfum qui se ressent dans l'air.

Les espaces entre les particules dans l'air sont assez grands, les particules se déplacent de manière chaotique, de sorte que la diffusion des substances gazeuses se produit assez rapidement.

Un exemple simple et accessible de diffusion de solides consiste à prendre deux morceaux de pâte à modeler multicolore et à les pétrir entre vos mains, en observant comment les couleurs se mélangent. Et, par conséquent, sans influence extérieure, si vous pressez simplement deux pièces l'une contre l'autre, il faudra des mois, voire des années, pour que les deux couleurs se mélangent au moins un peu, pour ainsi dire, pour pénétrer l'une dans l'autre.

Les manifestations de la diffusion dans les liquides peuvent être les suivantes :

Dissoudre une goutte d'encre dans l'eau ;

- « Le lin est passé » la couleur des tissus mouillés ;

Mariner des légumes et faire de la confiture

Donc, la diffusion est le mélange des molécules d'une substance lors de leur mouvement thermique aléatoire.

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Geller et Tak-Go Sun expliquent la dépendance du taux de diffusion sur la composition de l'acier par le fait que la présence dans le métal d'additifs ayant une affinité plus ou moins grande pour l'hydrogène que le fer entraîne une modification correspondante du coefficient de diffusion, et donc à une modification de l'énergie d'activation du processus de diffusion.  


La dépendance du taux de diffusion des substances de faible poids moléculaire dans les copolymères cristallisants sur la composition de la chaîne est illustrée à la Fig. 5.14, 5.15. On peut voir qu'à mesure que la matrice s'amorphise, les différences entre DKP et Al diminuent et, dans la plage moyenne des compositions de copolymères (/cr 0), elles coïncident les unes avec les autres.  

La dépendance du taux de diffusion des éléments d'impuretés dans un solvant solide sur la taille des grains est bien connue.  

En raison de la dépendance du taux de diffusion à la température, la capacité de la MO à pénétrer les vernis et autres revêtements dans des conditions hivernales est très faible. Par exemple, à - 10 C, la MO ne pénètre pratiquement pas dans les revêtements de peintures et de vernis.  

Types de cinétique courbes de sorption (1 et désorption (2. désignations dans le texte.| Les formes les plus courantes de cellules en nid d'abeilles. a - hexagonal, b - rectangulaire, b - flexible, d - hexagonal renforcé, 9 - carré (un type de rectangulaire.  

Étant donné que la dépendance des taux de diffusion et de relaxation sur la température et la concentration n'est pas la même, dans les mêmes conditions de température et de concentration C. Par conséquent, avec un changement de température et de concentration, une transition de C est possible.  

Types de cinétique courbes de sorption (1 et désorption (2. désignations dans le texte. | Les formes les plus courantes de cellules en nid d'abeilles. a - hexagonal, b - rectangulaire, c - flexible, d - hexagonal renforcé, d - carré (un type de rectangulaire.  

Étant donné que la dépendance des taux de diffusion et de relaxation sur la température et la concentration n'est pas la même, dans les mêmes conditions de température et de concentration C. Par conséquent, avec un changement de température et de concentration, une transition de C est possible.  

Présentez un graphique de la dépendance de la vitesse de diffusion et de la vitesse d'une réaction chimique à la température pour une réaction hétérogène et indiquez dans quelle plage de température la réaction se produit dans la région de diffusion et dans laquelle dans la région cinétique.  

Il est très important de connaître la dépendance du taux de diffusion sur le diamètre de l'arc.  

Il est également facile d’expliquer la dépendance du taux de diffusion à la température. Une température plus élevée signifie des vitesses moléculaires plus élevées et une diffusion plus rapide. La présence de gradients de température conduit à une diffusion thermique. Le phénomène de diffusion thermique est que la présence d'un gradient de température dans un mélange de deux gaz conduit à l'émergence d'un gradient dans les concentrations relatives de ces composants. Si le mélange dans son ensemble est au repos, le gradient de concentration à l’équilibre sera tel que l’action de diffusion thermique sera contrebalancée par l’action de diffusion ordinaire.  

Il est également facile de comprendre la dépendance du taux de diffusion à la température et à la pression. Une température plus élevée signifie des vitesses moléculaires plus élevées et une diffusion plus rapide. Plus hypertension artérielle signifie une longueur plus courte chemin clair et une diffusion plus lente.  

Il est également facile de comprendre la dépendance du taux de diffusion à la température. Une température plus élevée signifie des vitesses moléculaires plus élevées et une diffusion plus rapide. La présence de gradients de température conduit à une diffusion thermique. Le phénomène de diffusion thermique est que la présence d'un gradient de température dans un mélange de deux gaz conduit à l'émergence d'un gradient dans les concentrations relatives de ces composants.  

Dans ce travail, nous avons déterminé la dépendance de la vitesse de diffusion des ions cuivre dans le verre sur la nature et la quantité d'oxydes alcalins dans le verre, ainsi que sur la nature des oxydes d'éléments alcalino-terreux.  

V Lectures interrégionales de Martynov

Direction- travaux de recherche

"Dans le monde de la physique sciences mathématiques»

DIFFUSION MYSTÉRIEUSE

Ageeva Ulyana

Étudiant 2 "A"

MBOU-lycée n°1

r.p.

Quartier Sovetski

Région de Saratov

Superviseur:

Ageeva Veronika Gennadievna

INTRODUCTION

But du travail:

ü Considérer le phénomène de diffusion

Tâches :

ü prouver que la diffusion dépend de la température ;

ü considérer des exemples de diffusion dans des expérimentations à domicile ;

ü s'assurer que la diffusion se produit différemment selon les substances.

Pertinence:; la diffusion est d'une grande importance dans la vie humaine, les animaux et les plantes, ainsi que dans la technologie

J'aime vraiment me baigner avec du gel douche. J'aime aussi poser des questions. Et un jour j'ai pensé :

ü Pourquoi le gel se dissout-il dans l'eau ?

ü Pourquoi l'odeur du gel ne disparaît-elle pas même après le bain ?

J'ai posé ces questions à ma tutrice Valeria, et elle a prononcé un mot mystérieux : « DIFFUSION ». J'ai immédiatement commencé à chercher la réponse à une nouvelle question : qu'est-ce que c'est ? Pour obtenir une réponse, nous avons fait appel à un professeur de physique (ce n'est pas pour rien que nous avons commencé à nous familiariser avec la physique cette année dans nos cours en cercle). C'est ce que Valeria et moi avons entendu.

PARTIE PRINCIPALE

PHÉNOMÈNE DE DIFFUSION - THÉORIE.

Diffusion- il s'agit du mélange spontané de substances en contact, résultant du mouvement chaotique (désordonné) des molécules.



Autre définition : diffusion(lat. diffusion- épandage, épandage, dispersion) est le processus de transfert de matière ou d'énergie d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration.

L'exemple le plus célèbre de diffusion est le mélange de gaz ou de liquides (si de l'encre tombe dans l'eau, le liquide deviendra uniformément coloré après un certain temps).

La diffusion se produit dans les liquides, les solides et les gaz. La diffusion se produit plus rapidement dans les gaz, plus lentement dans les liquides et encore plus lentement dans les solides, en raison de la nature du mouvement thermique des particules dans ces milieux. La trajectoire de chaque particule de gaz est une ligne brisée, car Lors de collisions, les particules changent la direction et la vitesse de leur mouvement. Pendant des siècles, les ouvriers ont soudé des métaux et produit de l'acier en chauffant du fer solide dans une atmosphère de carbone, sans avoir la moindre idée des processus de diffusion se produisant au cours de ce processus. Seulement en 1896 a commencé à étudier le problème.

Le métallurgiste anglais William Roberts-Austin a mesuré la diffusion de l'or dans le plomb au cours d'une expérience simple. Il a fusionné un mince disque d'or sur l'extrémité d'un cylindre de plomb pur de 2,45 cm de long, a placé le cylindre dans un four où la température a été maintenue à environ 200°C et l'a maintenu dans le four pendant 10 jours. . Il s’est avéré qu’à la « fin propre », une quantité assez mesurable d’or avait traversé tout le cylindre. Cela le prouve une fois de plus. que le taux de diffusion augmente très rapidement avec l'augmentation de la température. Par exemple, le zinc se diffuse dans le cuivre à 300 0 C près de 100 millions de fois plus vite qu'à température ambiante.

La diffusion des molécules est très lente. Par exemple, si un morceau de sucre est placé au fond d’un verre d’eau et que l’eau n’est pas agitée, il faudra plusieurs semaines avant que la solution devienne homogène.

PHÉNOMÈNE DE DIFFUSION - PRATIQUE.

Nous avons trouvé une explication physique. J'ai réalisé que la diffusion peut être retracée dans de nombreux processus ménagers :

a) mariner des légumes ;

b) obtenir du sucre ;

c) faire de la confiture ;

d) teinture de tissus ;

e) laver les choses, etc.

Et puis, comme d’habitude, j’ai décidé de mieux connaître le secret. Après tout, chaque enfant le sait : pour comprendre, il faut le « toucher ». Puis-je « toucher » la diffusion ?

Pour tenter de trouver des réponses à mes questions, je suis passé à la deuxième étape. De la théorie je suis passé à la pratique, c'est-à-dire à l'expérimentation.

je nage dedans eau chaude. Le gel douche s'y dissout assez rapidement. Intéressant:

La diffusion dépend-elle de la température ?

Expérience – diffusion dans un liquide

La vitesse de dissolution du café et du sucre dans l'eau à différentes températures a été étudiée.

Au cours de l'expérience, deux verres ont été utilisés - avec de l'eau froide et chaude. Lors du brassage, il a été constaté que dans un verre d'eau chaude, le processus de dissolution était plus rapide.

Expérimentez en dissolvant des bonbons colorés

Ensemble, nous avons mené l'expérience suivante. Dans un conteneur avec eau froide 4 bonbons de couleurs différentes ont été placés. Nous l'avons chronométré. Ce n'est qu'au bout de 7 minutes que le liquide a commencé à se colorer

Conclusion: le phénomène de diffusion dépend de la température, à haute température cela se manifeste plus rapidement.

Expérience - diffusion dans les gaz.

J'ai compris les processus de diffusion dans les liquides. Qu’en est-il des odeurs, c’est-à-dire des gaz ?

Lorsque je coupe des oignons dans la cuisine, que je prépare le dîner, que je prépare le déjeuner ou que je prépare une marinade à verser sur des légumes (j'adore cuisiner !), les arômes de la cuisine se répandent dans tout l'appartement. Cela est également dû à la diffusion

gaz-odeurs.

Des odeurs ? J'adore les odeurs !

Expérience avec les gaz sous pression

J'ai étudié la dépendance de la vitesse de propagation de l'arôme dans une pièce à la température :

L'arôme du désodorisant se propage d'une pièce à l'autre en 20,53 secondes ;

puis j'ai pulvérisé le désodorisant près de la lampe de table, temps - 14,03 secondes.

Conclusion: Le taux de diffusion augmente avec la température car le chauffage augmente la vitesse à laquelle les molécules se déplacent.

Et c’est l’odeur qui attire les insectes, ils contribuent donc à la pollinisation des plantes. (J’adore les odeurs des plantes. Peut-être que je suis un insecte ? Il faudra que j’y pense pendant mon temps libre)

Expériences avec le manganèse (pénétration selon densité)

Des pommes de différentes variétés ont été utilisées : « Grey » (2), « Antonovka » (1), « Jonathan » (3).

Dans les pommes de la variété Antonovka (1), la pénétration du manganèse était plus lente. Cette variété de pommes est hivernale, elle est peut-être moins juteuse et sa structure est plus dense.

Les légumes suivants ont été utilisés pour l'expérience suivante : navets, carottes, courgettes, pommes de terre.

Au bout de trois heures, il a été constaté que la pénétration du manganèse dans les courges et les pommes de terre était plus importante que dans les navets et les carottes. Les navets et les carottes ont une structure plus dense et la profondeur de pénétration des particules de manganèse est moindre.

Conclusion: Le taux de diffusion dépend de la densité des matériaux en contact.

— Les scientifiques ont remarqué une loi
Et si deux métaux étaient proches l'un de l'autre,
Puis au bout d'un moment, de chaque côté,
Les molécules se déplaceront les unes vers les autres. Et beaucoup...
Et si les composants sont plus faibles,
Les molécules se déplacent encore plus audacieusement...

C'est pourquoi il nous est si facile de travailler avec de la pâte à modeler.

DIFFUSION ET SÉCURITÉ

Le gaz propane inflammable que nous utilisons à la maison pour cuisiner est incolore. Il serait donc difficile de détecter immédiatement une fuite de gaz. Et lorsqu’il y a une fuite, par diffusion, le gaz se propage dans toute la pièce, et on sent sa propagation par l’odorat. Pendant ce temps, à un certain rapport gaz/air dans à l'intérieur il se forme un mélange qui peut exploser. Par exemple, à partir d'une allumette allumée. Le gaz peut également provoquer une intoxication chez les personnes.

Attention, soyez prudent et n'oubliez pas le numéro de service gaz 04 !

Lorsque les rayons du soleil pénètrent dans la pièce, vous pouvez observer une sorte de « danse des particules de poussière ».

A cette occasion, Lucrèce Carus écrivait :

Regarde ça : chaque fois que la lumière du soleil passe à travers

Dans nos maisons, et l'obscurité transperce de ses rayons,

Beaucoup de corps dans le vide, tu verras, vacillant,

Ils se précipitent d’avant en arrière dans la lueur radieuse de la lumière.

Comme si dans une lutte éternelle ils combattaient dans des batailles et des batailles,

Ils se précipitent soudain dans les batailles en escouades, sans connaître la paix

Les particules de poussière intérieure, dues à la diffusion, contiennent des particules de moisissure, des molécules de métaux lourds, qui sont contenues dans les meubles, les matériaux de finition et d'autres « avantages de la civilisation » des appartements.

Les fleurs d'intérieur supportent facilement les substances toxiques dissoutes dans l'air des pièces : néphrolépis, dieffenbachia, euphorbe, lierre, pélargonium, sansevieria, etc. Et tout cela se fait grâce à la diffusion.

L'agave (aloès) bien connu peut réduire de 4 fois le nombre de microbes nocifs, et le figue de Barbarie réduit le nombre de moisissures dans l'air de 6 à 7 fois.

La fumée de tabac et les revêtements de linoléum sont nocifs pour notre santé. Plantes d'intérieur(Ficus Benjamin, Tradescantia, Chlorophytum) peuvent absorber et décomposer les substances toxiques.

DIFFUSION PASSIONNANTE.

Le phénomène de diffusion ne se retrouve pas seulement dans les manuels scolaires. Comme je suis encore en 2e année, cet aspect de la problématique m'intéressait aussi. Valeria et moi avons trouvé plusieurs sites intéressants traitant de questions de physique pour les enfants. Ils nous ont aidés à enseigner la diffusion à mes camarades de classe.

Le problème de Grigory Oster

Masha, quatre ans, s'est glissée derrière sa mère jusqu'au miroir et, agissant en silence, lui a versé trois flacons de parfum français sur la tête.

COMMENT MÈRE, ASSISE DOS À MASHA, A-T-ELLE DEVINÉ CE QUI EST ARRIVÉ ?

Kolya et Vitia

Un jour, deux amis-étudiants 2 « A » se sont rencontrés - Kolya et Vitya. Ils ne se sont pas vus depuis longtemps.

"Et je connais déjà la physique", se vante Kolya.

Et je le sais aussi », dit Vitya. Et ils ont commencé à se vanter de leurs connaissances. Kolia :

Je sais que La plus petite particule de matière est une molécule".

Pensez-y ! Mais je sais que toutes les molécules sont constituées d'atomes.

Sais-tu que les molécules peuvent être vues au microscope?

Mais toi, Kolya, tu le sais plus la vitesse de déplacement des molécules est faible, plus la température d'un corps donné est élevée UN?

Je ne le saurais pas ! Tout le monde le sait ! As-tu entendu ça les substances peuvent exister sous trois états : liquide, solide et gazeux?
Vitia :

Bien sûr que j'ai entendu ! Je connais même leurs propriétés. Les liquides conservent leur forme mais changent de volume, tandis que les solides ne conservent ni forme ni volume. Les gaz changent de forme et de volume".
Kolia :

Eh bien, répondez à ma question : La diffusion se déroule-t-elle aussi rapidement dans les gaz, les liquides et les solides ?
Vitia :

Même. C'est à cela que sert la diffusion, mon frère.

VITIA A-T-ELLE DROIT ?

Kolobok.

Il y avait un vieil homme et une vieille femme.
Alors le vieil homme module acoustiquement la vieille femme :
- Déplace-toi, vieille femme, gratte le grenier, repère l'ascenseur, vois si tu peux gratter de la farine sur un tore ou un ellipsoïde.
La vieille femme prit une pompe à vide, racla le grenier, balaya l'ascenseur et racla cent centimètres cubes de farine.
Créé un mélange colloïdal de farine et de crème sure, formé un petit pain sphérique, traité thermiquement dans un mélange insaturé acides gras et je le mets sur la fenêtre. Pour tempérer.
Le chignon s'est reposé, s'est reposé, puis a commencé à bouger : de la fenêtre au banc, du banc au sol, du sol à la porte, en sautant par-dessus le seuil - et dans l'entrée, de l'entrée au porche, de du porche à la cour, de la cour au portail, la distance parcourue augmente de façon exponentielle.
Kolobok avance le long de la route et le lièvre le rencontre :
- Ne m'absorbe pas, Lièvre, je vais te dire la première loi de Newton :
Il existe de tels systèmes de référence, appelés inertiels, par rapport auxquels un point matériel, en l'absence d'influences extérieures, conserve indéfiniment la grandeur et la direction de sa vitesse.
Et il a roulé sur la route avec une accélération uniforme - seul le lièvre le surveillait !
Kolobok bouge et le Loup le rencontre :
- Kolobok, Kolobok, je vais t'absorber !
- Ne m'absorbe pas Loup gris, je vais vous raconter la deuxième loi de Newton :
Dans un référentiel inertiel, l'accélération que reçoit un point matériel est directement proportionnelle à la résultante de toutes les forces qui lui sont appliquées et inversement proportionnelle à sa masse.
Et il a gagné de l'énergie cinétique - seul le Loup a capté le rayonnement Tchérenkov !
Kolobok se déplace uniformément et l'ours le rencontre :
- Kolobok, Kolobok, je vais t'absorber !
- Où peux-tu, pied bot, m'absorber ! Voici la troisième loi de Newton, réfléchissez-y :
Les points matériels interagissent entre eux par des forces de même nature, dirigées le long de la ligne droite reliant ces points, de même ampleur et de direction opposée.
Et encore une fois, il a commencé à changer de position dans l'espace - seul l'Ours a intégré son équation du mouvement !
Kolobok déménage et le Renard le rencontre :
- Kolobok, Kolobok, dis-moi le point final de ta trajectoire ?
- J'avance sur l'anti-gradient du géopotentiel, tu ne vois pas ?
- Kolobok, Kolobok, dis-moi à propos de la diffusion!
Kolobok a chanté :
Habituellement, par diffusion, on entend des processus accompagnés d'un transfert de matière, mais parfois d'autres processus de transfert sont également appelés diffusion : conductivité thermique, frottement visqueux, etc.
Un exemple de diffusion est le mélange de gaz (par exemple, propagation d'odeurs) ou de liquides (si de l'encre tombe dans l'eau, le liquide deviendra uniformément coloré après un certain temps). Un autre exemple est associé à un solide : les atomes des métaux en contact se mélangent à la frontière de contact. La diffusion des particules joue un rôle important en physique des plasmas.

Et Lisa dit :
- Oh, la chanson est bonne, mais les organes auditifs se sont détériorés. Kolobok, Kolobok, bouge-toi sur la pointe des pieds et chante à nouveau, plus fort.
Le bonhomme en pain d'épice a changé ses coordonnées en fonction des conditions du problème et a chanté la même chanson plus fort.
Et Lisa lui répéta :
- Kolobok, Kolobok, assieds-toi sur ma langue et chante pour la dernière fois.
Le chignon a sauté sur la langue du Renard, et le Renard a fait du bruit ! - et je l'ai absorbé.